SE417390B - Omkopplingskrets - Google Patents

Description

7aoza«s-6 2 . mottaga en släcksignal. Kretsen inkluderar vidare en lagringskcnden- sator som är inkopplad i den styrda släcklikriktarens katodkrets för att förbättra släckningen genom påläggning av en förspänning i back- riktningen över anod-katodövergången hos den styrda släcklikrikta- ren när den styrda kisellikriktaren tillslås.

Två problem förekommer vid den kända, med styrd kisellik- riktare utformade anordningen, nämligen dels att man behöver ha en lagringskondensator, dels att den styrda kisellikriktarens omkopp- lingsegenskaper är av kritisk natur. Det innebär en uppenbar olägen- het att man behöver ha stora lagringskondensatorer till följd av att dessa element är dyra och skrymmande och inte är särskilt tillför- litliga. Ännu en olägenhet som är mindre uppenbar är att omkopp- lingsegenskaperna hos den styrda kisellikriktaren måste väljas noga i förhållande till den styrda släcklikriktarens utlösningsegenskaper vid släckning för att tillförlitlig drift skall kunna erhållas.

Om exempelvis den styrda kisellikriktarens minsta angivna håll- spänning mellan anod och katod är större än den minsta angivna släckspänningen för den styrda släcklikriktaren kan det inträffa att den styrda kisellikriktaren frånslås innan den styrda släcklik- riktarens släckning har fullbordats, varvid den sistnämnda even- tuellt kan börja leda på nytt. Detta problem kommer att beskrivas mera i detalj nedan.

I en annan känd typ av GTO-släckkrets, där släckkretsen inkluderar ett enda halvledarorgan, är kretsen mellan kollektor och emitter i en bipolär transistor inkopplad på så sätt att den låser GTO-styrelektroden till en punkt med släckreferenspotential. På sid 60-63 i artikeln "Gate Turn Off SCR's" av K.P. Ohka och E.D. Lucas, Jr. i tidskriften Electronic Design, nr 26, 20 december 1976 be- skrivs hur kollektorelektroden hos en gemensamemitterkopplad NPN- -transistor är kapacitivt kopplad till styret hos en styrd släcklik- riktare (GTO-likriktare). Bortsett från den uppenbara olägenheten med kapacitiv koppling medför släckning med hjälp av en bipolär transistor den ytterligare svårigheten att transistorn måste kunna leda den jämförelsevis stora strömstöten som flyter från GTO-styret vid släckning. Bipolära transistorer med förmåga att omhändertaga tillräckligt stora stötströmmar och med tillräckligt låga mättnings- spänningsegenskaper är jämförelsevis dyrbara organ, vilket 1 prak- tiken utesluter deras användning i många tillämpningar.

Föreliggande uppfinning avser således att fylla behovet av en förbättrad släckkrets för en styrd släcklikriktare (GTO-lik- 7803443-6 3 . W riktare) under undanröjande av olägenheterna vid de ovannämnda tidi- gare kända tillvägagångssätten.

En krets för släckning av en styrd släcklikriktare (GTO- -likriktare) såsom gensvar på en släckspänning innefattar i enlighet med föreliggande uppfinning en styrd kisellikriktare med ett katod- uttag anslutet till en punkt med släckreferenspotential, ett anod- uttag anslutet till den styrda släcklikriktarens styruttag och med en styrelektrod, vidare en bipolär transistor vars kollektor-emitter- bana är inkopplad parallellt med anod-katodbanan hos den styrda kisel- likriktaren, varjämte nämnda transistor har en baselektrod, och en ingångskrets som är pàverkbar av nämnda ingàngsspänning och som är anordnad att vid dylik påverkan samtidigt tillföra en begränsad triggerström till den styrda kisellikriktarens styrelektrod och en begränsad basström till den bipolära transistorns baselektrod, var- vid nämda begränsade baselektrod har ett sådant värde att den be- gränsar den bipolära transistorns kollektortoppström till ett värde som är mindre än den styrda kisellikriktarens anodtoppström under den styrda kisellikriktarens släckning.

Uppfinningen beskrivas i detalj i det följande under hän- visning till bifogade ritning, pà vilken fig. l visar ett kopplings- schema över en tidigare känd krets för påverkan av en styrd kisel- likriktare av släcktyp, fig. 2 visar ett kopplingsschema över en ut- föringsform av föreliggande uppfinning tillämpad i en krets för påverkan av en styrd kisellikriktare av släcktyp, och fig. 3 visar ett exempel på en arbetskurva för ström resp. spänning hos den i fig. 2 visade utföringsformen enligt uppfinningen.

Den styrda kisellikriktaren 1 av släcktyp enligt fig. l (vilken likriktare i det följande kommer att omnämnas såsom GTO) tillslås via manöveromkopplaren 3 så att en strömledningsbana upp- rättas mellan matningsuttaget 9 och styrelektroden hos GTO 1. Uttaget 9 mottar en arbetsspänning +V, och fullbordan av strömledningsbanan genom motståndet ll och omkopplaren 5 medför att ström avges till styrelektroden så att GTO l tillslås. När GTO l har tillslagits på detta sätt kommer den relativa resistansen hos dess strömlednings- bana mellan anoden och katodelektroden att minskas avsevärt, vari- genom ström IL kan flyta från uttaget 9 genom huvudströmlednings- banan mellan anod-katodelektroderna hos GTO l och till belastningen 15. När en GTO väl har tillslagits genom att en tändsignal har tillförts dess styrelektrod kan tändsignalen eller tillslagnings- signalen upphävas utan att strömledningen genom huvudströmlednings- banan bryts. Detta är en egenskap som förekommer hos ifrågavarande '7803Å43-6 4 to r _-.

GTO och hos andra organ, såsom styrda kisellikriktare, vilka ingår i den grupp organ som är känd under beteckningen tyristorer. När så- ledes GTO l har tillslagits och denna krets arbetar på normalt sätt kan omkopplaren 3 återföras till sitt normala tillstånd, varvid styr- elektroden hos GIO får vara oansluten.

GTO l släeks eller frånslås genom att omkopplaren 3 omställs på så sätt att strömledningsbanan mellan styrelektroden hos GTO l och en till uttaget 20 ansluten referenspotentialkälla, jord i ifrågavarande exempel, sluts. I detta kretstillstånd avlänkas en ganska hög andel av strömmen som flyter genom anodelektroden i GTO l från katodelektroden till styrelektroden och jord. Styrströmmen som flyter till jord minskar snabbt i värde efter hand som GTO l frånslås och får 1 stort sett storleken noll då GTO l är helt frånslagen.

I fallet då, såsom i det aktuella exemplet, GTO l har en katodbe- lastning lä kommer vid de lägre värdena hos släckströmmen den minskande spänningen över belastningen lå att medföra att belast- ningen 13 verkar såsom ett batteri och bidrar till att tillföra släckström och att ge katod-styrelektrodövergàngen hos GTO l för- spänning i backriktningen.

Vid f.n. tillgängliga GTO-enheter är förhållandet det, att just som släckning av GTO inträffar måste styrelektroden vara fast- låst vid en spänningsnivå som ligger inom ca 0,25 volt av spänningen vid katodelektroden (jord i fallet med GTO 1) för att säkerställa fullständig släckning, eller annars kan det inträffa att GTO, dvs. den styrda släcklikriktaren, tänds eller tillslås på nytt. Vidare kan den ursprungliga släckströmmen som flyter från styrelektroden i GTO uppgå till enda upp till 80 % av belastningsströmmen IL under en tid av mellan 10 och 20 mikrosekunder. Såsom har klargjorts ovan sjunker denna styrström (Igq) snabbt, och vid släckning av GTO l kommer endast en ringa läckström att flyta från anoden till styr- elektroden och till jord. _ I fig. 2 har en elektronisk omkopplingskrets fått ersätta omkopplaren 3, varvid nämda krets används för att tända resp. släcka den styrda släcklikriktaren, dvs. GTO l. En positiv puls tillförs tänd- eller tillslagsuttaget 15 för tillslag av transis- torn 17. När trans-imorn 17 är tnislagen på detta. sätt kommer arbetsspänningen +V att påläggas den ände hos motståndet ll som är fjärrbelägen i förhållande till änden som är ansluten till styr- elektroden hos GTO l. Ström kommer således att flyta genom motståndet ll och in i styrelektroden hos GTO 1, varvid GTO l tillslås så att 7803¿+l+3-6 5 2,, 2 ett strömmen IL kommer att ledas till belastningen 13.

I fig. 2 skulle den styrda kisellikriktaren 21 ha kunnat utelämnas, varvid transistorn 19 ensam skulle ha använts för att släcka den styrda släcklikriktaren, dvs. GTO l. Härvid skulle en positivt riktad släcksignal matas till uttaget 25 för tillslagning av transistorn 19, varvid impedansen mellan dess kollektor- och emitterelektroder skulle minskas avsevärt, vilket i praktiken skulle innebära att styrelektroden hos GTO l skulle anslutas till jord.

Om storleken hos belastningsströmmen IL är avsevärd, exempelvis ca 50 ampere, skulle en cnegativ styrström med ett värde t.ex. var som helst mellan ca 12 och ca 24 ampere flyta från styrelektroden hos GTO l till strömingångsuttaget 25 samt genom transistorn 19 till Jord. Ehuru denna jämförelsevis stora negativa styrelektrodström minskar snabbt, såsom har nämnts ovan, måste transistorn 19 kunna leda en så stor strömstötnivå utan att taga skada, vilket dessutom måste kunna ske med en mycket ringa mättningsspänning mellan kollek- tor och emitter. En transistor av detta slag skulle bli ganska dyrbar, ehuru den skulle vara i stånd att släcka GTO l och att låsa fast styrelektroden vid ca 0,2 volt för att säkerställa att GTO l inte tillslås på nytt. Det är emellertid oekonomiskt att använda en enda transistor för att på detta sätt släcka en GTO i många tillämpningar där belastningsströmmar med avsevärd storlek måste få förekomma.

På samma sätt som man har försökt göra inom tidigare känd teknik skulle transistorn 19 eventuellt kunna utelämas, varvid en styrdhdsellikriktare 2l enbart skulle kunna användas för att frånslå eller släcka GTO 1. I så fall skulle en släcksignal med positiv nivå påläggas uttaget 25 för tillförsel till den styrda kisellikriktarens 21 styrelektrod för tillslagning av denna lik- riktare. Vid sådan tillslagning minskas impedansen mellan anod- och katodelektroderna hos den styrda kisellikriktaren 21 avsevärt, var- vid släckström får flyta från styrelektroden hos GTO l genom huvud- strömbanan mellan anod- och katodelektroderna hos den styrda kisel- likriktaren 21 i serie med strömbegränsningsmotståndet 25 till jord.

Ehuru relativt billiga styrda kisellikriktare, såsom den styrda kisel- likriktaren 21, kan leda ganska stora strömmar är spänningsfallet över anod-katodelektroderna hos f.n. förekommande kiseltyristorer (inklusive styrda kisellikriktare) i sitt driftsområde begränsat till ett maximivärde av ca 0,7 volt, vilket värde benämnas håll- spänningen. När spänningen över anod-katodelektroderna hos en styrd kisellikriktare minskar till under detta hållspänningsvärde kan den styrda kisellikriktaren inte upprätthålla strömledningen, utan den ,, 7803M3-6 6 ”_ “"i.Uu_ släcks, varigenom impedansen mellan dess anod- och katodelektroder ökar i avsegärd omfattning. Av denna anledning har tidigare gjorda försök att utnyttja just en styrd kisellikriktare för släckning av en styrd släcklikriktare, dvs. GTO, på det ovan angivna sättet endast fått begränsad framgång. Många styrda släcklikriktare kan aldrig släckas eller tändas på nytt på grund av den styrda kisellikrikta- rens oförmåga att i tillräcklig grad minska spänningen vid den styrda släcklikriktarens styrelektrod till ca 0,25 volt.

Enligt föreliggande uppfinning har det visat sig att en jämförelsevis billig transistor kan kombineras med en tyristor under bildande av en sammansatt omkopplingskrets 29, såsom är visat i fig. 2. Den sammansatta omkopplingskretsen 29 kan antingen fram- ställas av enskilda komponenter eller i form av en integrerad krets.

Såsom framgår av figuren är huvudströmbanan som förlöper mellan kollektor- och emitterelektroderna hos en transistor 19 inkopplad parallellt med huvudströmledningsbanan som förlöper mellan anod- och katodelektroderna hos en styrd kiselelektrod 21, varvid ett strömbegränsningsmotstånd 27 är inkopplat i serie med den styrda kisellikriktarens 21 huvudströmledningsbana. Resistansvärdet hos ett förspänningsmotstånd 51 väljs i beroende av ett förutbestämt värde hos en positiv spänning som är pålagd ingångsuttaget 25 så att transistorn l9 tillslås och maximivärdet hos ström som leds av hnvudströmbanan begränsas till ett värde ICEMAX. Resistansvärdena hos motstånden 55 och 55 är så valda, att man säkerställer att med hänsyn till det förutbestämda värdet hos ingångssignalen eller triggersignalen som påläggs ingångsuttaget 25 kommer en tändspänning med tillräcklig amplitud att påläggas den styrda kisellikriktarens 21 styrelektrod för att nämnda likriktare skall tillslås. Alterna- tivt skulle givetvis frånslegning kunna styras av två samtidigt omkopplade konstanta strömkällor, av vilka den ena skulle tillföra basström till transistorn 19 i stället för motståndet 51 och den andra skulle tillföra styrström till den styrda kisellikriktaren 21 i stället för potentialdelningsmotstånden 55 och 55. Dessa ström- källor skulle t.ex. kunna utgöras av de respektive kollektorelektro- derna hos bipolära PNP-transistorer anordnade att omkopplas sam- tidigt till strömledning resp. från strömledning.

I fig. 5 visar arbetskurvan för kretsen 29 att när en strömkälla är ansluten till uttaget 25 och den förutbestämda ingångssignalen matas till ingàngsuttaget 25 för tillslag av den styrda kisellikriktaren 21 och transistorn 19 gäller 7803443-6 7 “lill en .ll_1 _ _ o_ för strömvärden som är större än ICEMAX att den styrda kisellik- riktaren 21 är den övervägande strömbäraren. I detta arbetsområde hos den sammansatta omkopplingskretsen 29 leder givetvis transistorn 19 sitt maximiströmvärde ICEMAX. Efter hand som storleken hos strömmen från den till uttaget 25 anslutna strömkällan minskar i storlek till ICEMAX kommer transistorns 19 kontinuerliga krav på kollektorström att kräva en ökande mängd av strömmen som matas till uttaget 23. När denna ström minskas till mindre än ICEMAX blir ingen ström tillgänglig för att flyta från anoden till katoden i den styrda kisellikriktaren 21. Den styrda kisellikriktarens 21 poten- tial mellan anod och katod kommer att sjunka under det hållspäfidnings- värde VH (jämför fig. 3) som erfordras för att den styrda kisellik- riktaren 21 skall bibehållas i strömledning, varför den styrda kisel- likriktaren 21 släcks, dvs. frånslås. Det bör observeras att den karakteristiska arbetskurvan för en styrd kisellikriktare, såsom den styrda kisellikriktaren 21, väsentligen inkluderar den del av den heldragna linjen som representerar den styrda kisellikriktaren såsom den övervägande strömbäraren. Kurvskaran precis vid resp. nedanför strömvärdet ICEMAX representerar den karakteristiska arbets- kurvan för en transistor 19. Den karakteristiska arbetskurvan för den sammansatta omkopplingskretsen 29 är sålunda kurvan som är be- teoknad A.

I fig. 2 är den sammansatta omkopplingskretsen 29 visad tillämpad för användning såsom en släckkrets för släekning av den styrda släcklikriktaren, dvs. GTO l. Såsom ovan har beskrivits tillslås GTO 1 i drift genom att en tändsignal eller tillslagnings- signal påläggs uttaget 15 så att transistorn 17 tillslås och därvid pålägger en positiv spänning på styrelektroden hos GTO 1. När GTO l väl har tillslagits kommer den att förbli strömledande sedan tänd- signalen .avlägsnats från uttaget 15 och därvid bringat transistorn 17 att frånslås. För släckning av GTO 1 påläggs en släcksignal på uttaget 25 hos den sammansatta omkopplingskretsen 29, varigenom den styrda kisellikriktaren 21 och transistorn 19 kommer att tillslås.

Väsentligen samtidigt kommer den styrda kisellikriktaren att leda en ström av avsevärd storlek från styrelektroden i GTO 1 till uttaget 20, vilket sistnämnda uttag är anslutet till en referenspotential- källa (jord i det aktuella exemplet). Samtidigt leder transistorn sin förutbestämda maximiström ICEMAX från styrelektroden hos GTO 1 till jord. Såsom har beskrivits ovan minskar den ursprungliga strömstöten hos den från styrelektroden hos GTO 1 uttagna strömmen med jämförelsevis stor amplitud snabbt efter hand som GTO 1 börjar '7803443-6 frånslås. När frånslagningsströmmen från styrelektroden hos GTO l minskas till ett värde under ICEMAX kommer spänningen över transis- torns 19 huvudströmledningsbana att minskas till under den styrda kisellikriktarens 2l hållspänning VH, varigenom den styrda kisellik- riktaren frånslâs. Da den negativa styrelektrodströmmen eller släck- strömmen som håller på att uttas från styrelektroden hos GTO l fort- sätter att minska i värde kommer transistorn 19, som leder denna ström genom sin huvudströmbana, att fortsätta att proportionellt minska spänningen över sin strömbana till ett jämförelsevis lågt värde, ca 0,2 volt. När GTO l fullbordar sin frånslagning eller släckning kommer styrelektrodströmmen Igq hos GTO l, vilken flyter genom transistorn 19, att minska till väsentligen värdet noll, var- vid transistorn 19 låser fast styrelektroden hos GTO l vid ca 0,2 volt och därvid säkerställer att GTO l inte kan tillslàs på nytt.

Sïäcksignalen eller frånslagningssignalen som pàlagts uttaget 25 kan nu upphävas, eftersom frånslagning av GTO l har fullbordats.

Det bör observeras att den sammansatta omkopplingskretsen 29 också medför frånslagning av GTO l om katodelektroden hos GTO 1 är direkt ansluten till uttaget 20 och om belastningen 13 exempelvis placeras om mellan uttaget 9 och anodelektroden hos GTO l.

Det skall framhållas att ehuru motstånden 31 och 33 har visats med uppgift att se till att en begränsad basström matas till transistorn 19 och en begränsad styrström matas till den styrda kisellikriktaren 21 skulle andra lämpliga strömbegränsningselement kunna användas i stället, exempelvis de båda ovannämnda samtidigt omkopplade källorna för konstant ström. Oavsett vilka organ som utnyttjas är- det emellertid lämpligt om ingångskretsen är påverkbar såsom gensvar på ingångsspänningen som påläggs vid uttaget 25 för att samtidigt tillföra en begränsad triggerström till den styrda kisellikriktarens 21 styrelektrod och en begränsad basström till den bipolära transistorns 19 baselektrod, varvid den begränsade bas- strömmen har sådant värde att den begränsar den bipolära transis- torns kollektortoppström till ett värde som är mindre än anodtopp- strömmen hos den styrda kisellikriktaren under släckning eller fràn- slagning av den styrda släcklikriktaren (GTO).

Det skall också framhållas att i Just det i fig. 2 visade exemplet ger impedansen som är representerad av motståndet 35, som är inkopplat mellan ingângsuttagot 25 och styrelektroden hos den styrda kisellikriktaren 21, funktionerna att leda den styrda kisel- likriktarens triggerström däremellan och att begränsa storleken hos triggerströmmen för att effektivt öka impedansen som erbjuds uttaget

Claims (2)

1. 7803443-6 9 25 av den styrda kisellikriktarens 21 styrelektrod. Härigenom hindras den styrda kisellikriktaren 21 från att ta åt sig för mycket ström, dvs. man motverkar tendensen hos den styrda kisellikriktarens 21 styrelektrodkrets (som eventuellt har en jämförelsevis liten ingångs- impedans) att mottaga en sådan oproportionerlig del av ingångs- strömmen som matas till uttaget 25 att otillräcklig ström blir kvar för att transistorns l9 bas skall få korrekt förspänning. Den av motståndet 31 representerade impedansen, vilket mot- stånd är inkopplat mellan ingàngsuttaget 25 och den bipolära tran- sistorns 19 bas, ger också funktionen att leda transistorbasströmmen däremellan och att därvid begränsa basströmmen till ett givet värde för att säkerställa att den styrda kisellikríktaren bär toppsläck- strömmen, varjämte man erhåller en effektiv ökning av impedansen som erbjuds ingàngsuttaget 25 av den bipolära transistorns 19 bas- elektrod. Denna sistnämnda funktion hindrar transistorn 19 från att ta åt sig släcksignalen i alltför hög grad, vilket annars eventuellt skulle kunna förekomma till följd av transistorns 19 gemensamemitter- koppling, vilken resulterar i en jämförelsevis liten basingångs- impedans. Patentkrav l. _ Omkopplingskrets innefattande en styrd släcklikriktare för inkoppling 1 serie med en belastning, en till styrelektroden hos nämnda styrda likriktare ansluten tändkrets för tillförsel av en tändsignal till densamma, och ett organ med en strömledningsbana inkopplad mellan nämnda styrelektrod och en punkt med släckreferens- spänning, varvid nämnda organ är påverkbart i beroende av en ingångs- spänning och är anordnat att vid dylik påverkan koppla nämnda styr- elektrod till punkten med släckpotential för släckning av den styrda likriktaren, k ä n n e t e c k n a d av ett andra organ (19 eller 21) med en strömledningsbana parallellkopplad med banan för det första organet (21 eller 19), var- vid det ena av nämnda första resp. andra organ är en styrd kisellik- riktare (21) med ett katoduttag anslutet till nämnda punkt med släck- .referenspotential (20), ett anoduttag anslutet till styrelektrod- uttaget för den styrda släcklikriktaren (1) och med en styrelektrod, varjämte det andra av nämnda första och andra organ är en bipolär transistor (19) med sin kollektor-emitterbana inkopplad parallellt med anod-katodbanan hos den styrda kisellikriktaren och med en bas- elektrod, och av en ingångskrets (31, 33, 35) som är påverkbar i beroende av 7803443-6 10 nämnda ingångsspänning och somfär anordnad att vid dylik påverkan samtidigt tillföra en begränsad triggerström till den styrda kisel- likriktarens (21) styrelektrod och en begränsad basström till den bipolära transistorns (l9)baselektrod, varvid den begränsade bas- strömmen har ett sådant värde att den begränsar den bipolära tran- sistorns kollektortoppström till ett värde som är mindre än den styrdaldsellikriktarens anodtoppström under släckning av den styrda släoklikriktaren (l).
2. 2. Krets enligt krav l, k ä n nte t e c k n a d därav, att nämnda ingångskrets innefattar ett ingàngsuttag (25) för mottagning av nämnda släckspänning, en första impedans (33) inkopplad mellan nämda ingångs- uttag (25) och styrelektroden hos den styrda kisellikriktaren (21) för att leda nämnda triggerström däremellan för att begränsa stor- leken hos triggerströmmen och för att effektivt öka impedansen som erbjuds ingångsuttaget (25) av den styrda kisellikriktarens styr- elektrod, och en andra impedans (31) som är inkopplad mellan nämnda in- gângsuttag (25) och baselektroden hos den bipolära transistorn (19) för att leda nämda basström däremellan under begränsning av nämnda basström till nämnda värde och för att effektivt öka impedansen som erbjuds nämnda ingångsuttag (25) av den bipolära transistorns (19) baselektrod. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: